JPH01220465A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体装置に係り、さらに詳しくは、半導体チ
ップとリードフレームとをプラスチックで一体的に成型
してなる樹脂封止形の半導体装置に関するものである。

［従来の技術］ 半導体装置は、周知のように集積回路が形成された半導
体チップのポンディングパッドと、これに対応したリー
ドフレームの各リードとを接続し、ついで各リードの先
端部を残して射出成型機等によりプラスチックで一体的
に成型する。そして成型されたプラスチック・パッケー
ジの外側において各リードを切断し、必要に応じてリー
ドを適宜折曲げて半導体装置を製造している。

第６図は例えば特公昭６１−３１００号公報に記載され
た従来の半導体装置の一例を示す斜視図である。

図において、３はリードフレーム２のダイパッド、４は
リードフーム２に設けた多数のリードで、ダイパッド３
の四辺に対向して等間隔に外方に向って配設されている
。５はダイパッド３の中央部に接着された半導体チップ
で、そのポンディングパッドとこれに対応するリード４
とは、それぞれワイヤ６により接続されている。

上記のようにしてリード４が接続された半導体チップ５
は、リード４の先端部を残してリードフレーム２と共に
、エポキシ樹脂の如きプラスチックにより一体的にモー
ルディングされてプラスチック・パッケージ７により封
止され、半導体装置１が構成される。

ところで、上記のような半導体装置１は、高集積化、高
機能化等の要語から、半導体チップ５の配線が微細化さ
れると共に、半導体チップ５そのものも大形化している
。特に最近では客先の仕様に応じて製造する分野が拡大
しており、高機能化による１１０ピンの増大に伴なって
半導体装置は益々多ビン化し、大形化する傾向にある。

このような多ビン形の半導体装置は、従来は一般にセラ
ミックによりパッケージしていたが、最近では低コスト
化のためプラスチックによるパッケージが大部分を占め
ており、プラスチック・パッケージ（以下樹脂パッケー
ジという）の良否が、製品の性能・信頼性を決定する上
で大きなウェイトを占めている。

［発明が解決しようとする課題］ プラスチック（主としてエポキシ樹脂）は、半導体チッ
プ（主として８１）及びリードフレーム（主として４２
Ａｌ　１ｏｙ）と熱膨張係数が大きく相違しており、ま
た自然放置しておいても容易に吸湿する。

このようなことから、プラスチックによりパッケージす
る際、樹脂パッケージ７の成型後、常温まで冷える過程
で、第７図に矢印で示すように中心方向に集中するよう
な熱収縮応力が作用し、樹脂パッケージ７に歪を生じ、
半導体チップ５及びリードフレーム２と樹脂パッケージ
７との界面における密着性が低下する。また、プリント
基板等へ実装する際、樹脂パッケージ７がはんだ槽やり
フロー等による２５０℃前後の高温下にさらされる過程
で、樹脂パッケージ７から吸湿された水分の気化・膨張
により、第８図に示すように、樹脂パッケージ７のダイ
パッド３や半導体チップ５の端面Ａ、Ｂに接する部分に
内部応力が集中する。これらの現象は、半導体装置が大
形になるほど顕著である。

この結果、次のような問題が発生する。

（１）　　樹脂パッケージ７の成型時に発生する熱収縮
応力、又はプリント基板等に実装する際に生ずる熱膨張
応力（これは第７図の矢印と反対方向に生ずる）等によ
り、半導体チップ５の表面にパシベーションクラックが
発生し、また第８図に示す内部応力の集中部Ａ、Ｂから
、樹脂パッケージ７にパッケージクラック８が発生する
。

この結果、半導体装置の絶縁性が低下して信頼性を失な
うばかりでなく、各部の腐食を招来する。

（２）　　歪の発生により半導体チップ５に設けた配線
が変形したり伸縮したりして特性が変化し、半導体装置
の機能が変ることがあり、ときとして断線することもあ
る。

（３）　　歪の発生によりリード４が移動して位置精度
か低下し、プリント基板等の配線パターンへの自動接続
が困難になる。

上記のような問題に対して、低応力化、吸湿低減化、密
着力向上化等を目的としたパッケージ用のプラスチック
の開発が進められているが、半導体装置の大形化もあっ
て解決は中々困難である。

本発明は、上記のような問題を解決すべくなされたもの
で、歪やクラックが発生するおそれのない樹脂パッケー
ジを備えた半導体装置を得ることを目的としたものであ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記の目的を達成するために、プラスチック
・パッケージを多層に構成してなる半導体装置を提供す
るものである。

［作　用］ プラスチック・パッケージを多層に構成したので、成型
時に発生する熱収縮応力が各層に分散して低減化され、
歪の発生を防止すると共に、ダイパッド及び半導体チッ
プの端部に集中する内部応力を低減する。また半導体装
置をプリント基板等に実装する際に生ずる熱膨張応力が
各層に分散し、低減化される。

これらにより、プラスチック・パッケージと半導体チッ
プ及びリードフレームとの密着性が向上すると共に、ク
ラックの発生が防止される。

［発明の実施例］ 第１図（ａ）は本発明実施例の平面図、（ｂ）はそのＩ
−１断面図である。なお、第６図の従来例と同−又は相
当部分には同じ符号を付し、説明を省略する。

本発明は、ダイパッド３、リード４の一部、半導体チッ
プ５及びワイヤ６を一体的に封止する小さいｍｌの樹脂
パッケージ７ａと、この第１の樹脂パッケージ７ａ全体
とリード４の一部を一体的に被覆する第２の樹脂パッケ
ージ７ｂとにより多層の樹脂パッケージ７を構成したも
のである。

このような樹脂パッケージ７は、射出成型機等により第
１の樹脂パッケージ７ａをモールディングし、これが硬
化したのちその外周に射出成型機等により第２の樹脂パ
ッケージ７ｂをモールディングして構成する。

樹脂パッケージ７を上記のように多層に構成した半導体
装置においては、熱収縮量及び熱膨張量を第１の樹脂パ
ッケージ７ａと第２の樹脂パッケージ７ｂとに分散し、
低減化できるので、成型時の熱収縮応力及びプリント基
板等への実装時の熱膨張応力（熱収縮応力と反対方向）
を、（ｂ）図に示すように分散し、低減化することがで
きる。

そして、第１の樹脂パッケージ７ａは小さいので熱収縮
応力も小さく、成型時に生ずる歪を小さくすることがで
きる。このため半導体チップ５及びダイパッド３との密
着性が向上するばかりでなく、半導体チップ５の配線の
伸縮、変形、断線等を抑制することができる。また、第
１の樹脂パッケージ７ａと第２の樹脂パッケージ７ｂと
は、化学的な結合をしていないので緩衝効果を持たせる
ことができ、このため若し第２の樹脂パッケージ７ｂに
歪を生じても、第１の樹脂パッケージ７ａにはほとんど
影響がない。

さらに、（ｂ）図に示すように第１の樹脂パッケージ７
ａにパッケージクラック８が発生しても、そのパッケー
ジクラック８は第１の樹脂パッケージ７ａ内に止まり、
第２の樹脂パッケージ７ｂへの成長を防止する。同様に
して第２の樹脂パッケージ７ｂにパッケージクラック８
ａか発生しても第１の樹脂パッケージ７ａまて成長する
ことがないため、第１の樹脂パッケージ７ａ内への水分
の浸入を防止することができる。

実施例では、エポキシ樹脂により射出成型によって、外
形寸法１２ｍｍ　Ｘ　１４ｍｍ　、厚さ２．０ＩＩ１１
の第１の樹脂パッケージ７ａをモールディングし、硬化
したのちその外周にエポキシ樹脂により外形寸法１４ｍ
Ｌｌ−Ｘ　２ｈｍ　、厚さ２．７關の第２の樹脂パッケ
ージ７ｂをモールディングして封止し、半導体装置を構
成した。

上記のように構成した本発明に係る半導体装置において
は、歪の発生率が約０．０５％となり、従来（約０．１
％）の２分の１程度に減少した。

また、本発明に係る半導体装置と、従来の単層の樹脂パ
ッケージ７を有する半導体装置とを、温度８５℃、湿度
８５％の恒温槽に３０時間入れて吸湿きせ、ついで２６
０℃に保ったはんだ槽に浸漬し、１分後に取出して冷却
する操作を数回繰返して熱衝撃試験を行なった。

上記試験の結果、従来の半導体装置はパシベーションク
ラックが発生したが、本発明に係る半導体装置はパシベ
ーションクラックの発生は皆無であった。また、従来の
半導体装置はリード全体に樹脂パッケージからの剥れが
生じたが、本発明の半導体装置はリードのつけ根付近の
剥れのみに止まった。さらに、従来の半導体装置は、恒
温槽における吸湿率がｏ、２ｗｔ％以上になり、熱衝撃
試験により多くのパッケージクラックが発生したが、本
発明の半導体装置は吸湿率が０．２Ｖｔ　％以下に止ま
り、熱衝撃試験によってもパッケージクラックは発生し
なかった。

また、半導体装置は、半導体チップか大きくなるほど熱
収縮又は熱膨張による樹脂パッケージの変化量が大きく
なり、半導体チップ及びリードフレームと樹脂パッケー
ジとの密若度が低下し、パッケージクラックが発生し易
いので、この面から両者を比較したところ、外形寸法が
１４ｍｍ　Ｘ　２０ｍｍの樹脂パッケージの半導体装置
の場合、従来の半導体装置は半導体チップの大きさが３
０ｍ１１２程度でパッケージクラックが発生しはじめた
が、本発明に係る半導体装置では、半導体チップの大き
さが１００ｍ＋ｗ２程度まではパッケージクラックが発
生しないことがわかった。

第２図は本発明の別の実施例を示すもので、本実施例に
おいては第１の樹脂パッケージ７ａを断面楕円形、平面
円形に形成し、その外周に第２の樹脂パッケージ７ｂを
設けたもので、第１の樹脂パッケージ７ａをこのような
形状とすることにより、熱収縮応力及び熱膨張応力を全
周に亘ってほぼ均一に分散させることができる。

第３図は本発明のさらに別の実施例を示すもので、本実
施例においては、第、１、第２の樹脂パッケージ７ａ、
７ｂの外周に、さらに第３の樹脂パッケージ７ｃを設け
て、樹脂パッケージ７を３層に構成したものである。こ
のように構成したことにより、前記２層の場合の機能を
さらに向上させることができる。

第４図、第５図は本発明の他の実施例を示すもので、第
４図の実施例は第１の樹脂パッケージ７ａの外周に四部
９を設けたもの、第５図の実施例は第１、第２の樹脂パ
ッケージ７ａ、７ｂの外周にそれぞれ四部９を設けたも
ので、何れも外側の樹脂パッケージとの密着性を調整す
るようにしたものである。

上記の実施例では、第１、第２（及び第３）の樹脂パッ
ケージ７ａ、７ｂ（７ｃ）を、ｆｉ’ｉｌれも同一性質
のプラスチック（エポキシ樹脂）でパッケージした場合
を示したが、例えば第１の樹脂パッケージ７ａを熱可塑
性樹脂で、また第２の樹脂パッケージ７ｂを熱硬化性樹
脂でパッケージしてもよく、あるいは第１の樹脂パッケ
ージ７ａを低応力エポキシ樹脂、第２の樹脂パッケージ
７ｂを通常のエポキシ樹脂でパッケージしてもよい。さ
らに第１の樹脂パッケージ７ａをエポキシ樹脂、第２の
樹脂パッケージ７ｂをジアレルフタレート樹脂、第３の
樹脂パッケージ７Ｃをポリイミド樹脂でパッケージする
など、層によって性質の異なる樹脂を使用し、複合的効
果が得られるようにしてもよい。

また、上記の実施例では、樹脂パッケージを２層又は３
層に構成した場合を示したが、４層以上としてもよく、
さらに外側の樹脂パッケージ７ｂ。

７ｃを方形に形成した例を示したが、円筒状、断面楕円
状等に形成してもよい。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明はプラスチック
からなる半導体装置のパッケージを多層に構成したので
、樹脂パッケージの成型時に発生する熱収縮応力、プリ
ント基板への装着時等に発生する熱膨張応力を分散・低
減化し、また半導体チップ及びダイパッドの端部に集中
する内部応力を低減することができる。このため、樹脂
パッケージと半導体チップ及びリードフレームとの密着
力を向上させると共に、樹脂パッケージの歪及びパシベ
ーシンクラックやパッケージクラックの発生を防止でき
、高品質で信頼性の高い半導体装置を得ることかできる
。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の実施例を示すもので、それぞ
れ（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）図の１−１゜■−■
、■−■断面図、第４図、第５図は本発明の他の実施例
を示す断面図、第６図は従来の半導体装置の一例の斜視
図、第７図及び第８図はその状態図である。 １：半導体装置、２：リードフレーム、３：ダイパッド
、４：リード、５：半導体チップ、７：樹脂パッケージ
、７ａ：第１の樹脂パッケージ、７ｂ＝第２の樹脂パッ
ケージ、７Ｃ：第３の樹脂パッケージ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　半導体チップとリードフレームのリードとを接続した
   のち、これらをプラスチックで一体的にパッケージして
   なる樹脂封止形の半導体装置において、 前記プラスチックからなるパッケージを多層に構成した
   ことを特徴とする半導体装置。